CN106405737A - 一种去除高阶模式激光的包层功率剥离器及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种去除高阶模式激光的包层功率剥离器及制作方法，包层功率剥离器结构为光纤盘绕在热沉的环形槽内，环形水冷通道盘绕在热沉的环形槽内，在热沉的环形槽内设有若干热沉凹槽，且悬空在热沉凹槽上光纤段表面刻蚀成不规则V型槽形貌，并在热沉凹槽上填充导热介质，且导热介质将刻蚀的光纤段全部覆盖包裹，将壳体盖板对热沉进行封装保护。本发明将双包层光纤有间隔的剥除涂覆层，裸露的内包层通过机械刻蚀成不规则V型槽，作为包层光的泻出口；泄露出来的包层功率被导热介质吸收，热量传导至热沉后被冷却水带走。本发明通过将光纤弯曲成环形，增大了高阶模式包层光的剥离效率，提高光束质量。

Description

一种去除高阶模式激光的包层功率剥离器及制作方法

技术领域

本发明属于高功率光纤激光器领域，具体涉及一种去除高阶剥模激光的包层功率剥离器及制作方法。

技术背景

光纤激光器由于具有光束质量好、功耗低、体积小、寿命长等特点，而被广泛应用于金属切割、焊接、标刻、材料加工和国防安全等方面。尤其是高功率的光纤激光器，其输出功率逐年递升，单模最大输出已超过一万瓦。高功率激光器与放大器中采用双包层掺杂光纤作为有源光纤，再使用包层泵浦方式将泵浦光耦合到纤芯中。由于吸收率的问题，包层中总会有残留部分泵浦光；同时光纤激光器不可避免的存在熔接点，部分纤芯光会泄露到包层中；另外还一些高阶模式的激光也会从纤芯中滤出到包层中去。这些残余的包层光如果从光纤传输端直接输出，会对随后的光束整形设备带来额外的热沉积，严重影响输出光斑的质量。因此，非常有必要在光纤激光器的输出端对光纤包层中的残余光进行剥离。

目前最常用的剥除包层光的方式，是在包层表面涂覆高折射率的紫外固化胶，在高功率光纤激光器中包层光功率较大，胶水作为高分子聚合物有很强的吸光特性，会导致涂胶区域温度过高，导致器件性能严重弱化。另外一种是就是将内包层通过机械、化学的方法使表面粗糙化，使包层光无法满足全反射的要求而泄露出来。但是上述方式均存在泵浦光剥除不完全，高阶模式激光泻出不足的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种去除高阶剥模激光的包层功率剥离器及制作方法，本发明通过将光纤弯曲成环形，增大了高阶模式包层光的剥离效率，提高光束质量。

本发明的技术方案为：

去除高阶模式激光的包层功率剥离器，包含光纤、热沉、导热介质、环形水冷通道、壳体盖板；其特征在于：光纤盘绕在热沉的环形槽内，环形水冷通道盘绕在热沉的环形槽内，在热沉的环形槽内设有若干热沉凹槽，且悬空在热沉凹槽上的光纤段表面刻蚀成不规则的V型槽形貌，并在热沉凹槽上填充导热介质，且导热介质将刻蚀的光纤段全部覆盖包裹，将壳体盖板对热沉进行封装保护。

所述热沉的表面设有环形槽，将光纤、环形水冷通道按照轨迹进行固定，光纤刻蚀段与热沉上的凹槽重合且悬空放置。

所述导热介质为石墨粉、球型氧化铝、碳化硅中的一种或二种以上混合物。

所述壳体盖板为高反光的金属材质制成。壳体盖板可以起到保护光纤和固定导热介质的作用。

所述光纤涂覆层的去除长度小于热沉凹槽的长度。

去除高阶模式激光的包层功率剥离器的方法，其特征在于包括以下几个步骤：

1)截取规定长度的双包层光纤，将双包层光纤盘绕在热沉的环形槽上，对悬在热沉凹槽处的光纤做上标记；

2)将做上标记的光纤涂覆层去除并露出裸纤，涂覆层的去除长度小于热沉凹槽的长度；

3)使用机械刻蚀法将裸纤表面刻成不规则的V型槽后超声清洗干净；

4)将上述光纤再次盘绕在热沉的环形槽上，光纤刻蚀段需悬空在热沉凹槽处，环形水冷通道盘绕在热沉的环形槽内与光纤的盘绕轨迹一致，属于随行水冷结构；

5)在热沉凹槽处填充导热介质，需将光纤刻蚀段全部包裹覆盖；

6)将壳体盖板与热沉进行装配，采用螺丝固定结合。

本发明与现有技术对比，具有如下优点及有益效果：1)采用分段剥离的方式，可以控制包层光的剥离效率；2)避免包层光集中泄露，造成产品局部温度过高，保证器件安全正常运行；3)将包层功率剥模区弯曲成环形，可以有效的提升高阶模式激光被剥离的能力，提升光束质量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的包层功率剥离器的俯视图。

图3为本发明包层功率剥离器的热沉凹槽部分的局部俯视图。

图4为本发明方包层功率剥离器的热沉凹槽部分的局部示意图。

图中，光纤100，光纤刻蚀段101，热沉200，热沉凹槽201，导热介质300，

环形水冷通道400、壳体盖板500。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1、图2、图3、图4所示，去除高阶模式激光的包层功率剥离器，包含光纤、热沉200、导热介质300、环形水冷通道400、壳体盖板500；其特征在于：光纤100盘绕在热沉200的环形槽内，环形水冷通道400盘绕在热沉200的环形槽内，在热沉200的环形槽内设有若干热沉凹槽201，且悬空在热沉凹槽201上的光纤段表面刻蚀成不规则的V型槽形貌，并在热沉凹槽201上填充导热介质300，且导热介质300将光纤刻蚀段101全部覆盖包裹，将壳体盖板500对热沉200进行封装保护；所述光纤涂覆层的去除长度小于热沉凹槽的长度。

实施例一

环形水冷通道400盘绕在热沉200的环形槽内，截取一段规定长度的光纤，将其盘绕在热沉200的环形槽内，对悬空在热沉凹槽201上的光纤段做上记号，使用剥线钳剥掉所作标记处的光纤涂覆层，涂覆层剥离长度略小于热沉凹槽201长度；对剥掉涂覆层的裸纤进行机械加工形成光纤刻蚀段101，使其表面形成不规则的V型槽形貌；再将处理过后的光纤在装有洁净乙醇的超声清洗机中清洗干净，空气压缩枪吹干表面溶剂。将清洗后的光纤重新盘绕在热沉200上，光纤刻蚀段101悬空在热沉凹槽201中心；在热沉凹槽201处填充足量的导热介质300石墨粉，光纤刻蚀段101需全部覆盖包裹。将表面镀金的铝合金壳体盖板500对热沉进行封装保护。

实施例二

本实施例与实施例一的结构相同，不同之处是，所述热沉凹槽201中的导热介质300是碳化硅，所述壳体盖板500为镀镍的黄铜材质。

以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想，并非以此限制本发明的实施范围。故凡依本发明之原理、形状所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种去除高阶模式激光的包层功率剥离器，包含光纤、热沉、导热介质、环形水冷通道、壳体盖板；其特征在于：光纤盘绕在热沉的环形槽内，环形水冷通道盘绕在热沉的环形槽内，在热沉的环形槽内设有若干热沉凹槽，且悬空在热沉凹槽上的光纤段表面刻蚀成不规则的V型槽形貌，并在热沉凹槽上填充导热介质，且导热介质将刻蚀的光纤段全部覆盖包裹，将壳体盖板对热沉进行封装保护。

2.根据权利要求1所述的去除高阶模式激光的包层功率剥离器，其特征在于：所述导热介质为石墨粉、球型氧化铝、碳化硅中的一种或二种以上混合物。

3.根据权利要求1所述的去除高阶模式激光的包层功率剥离器，其特征在于：所述壳体盖板为高反光的金属材质制成。

4.根据权利要求1所述的去除高阶模式激光的包层功率剥离器，其特征在于：所述光纤涂覆层的去除长度小于热沉凹槽的长度。

5.根据权利要求1-4之一所述的去除高阶模式激光的包层功率剥离器的方法，其特征在于包括以下几个步骤：

1)截取规定长度的双包层光纤，将双包层光纤盘绕在热沉的环形槽上，对悬在热沉凹槽处的光纤做上标记；2)将做上标记的光纤涂覆层去除并露出裸纤，涂覆层的去除长度小于热沉凹槽的长度；

3)使用机械刻蚀法将裸纤表面刻成不规则的V型槽后超声清洗干净；

4)将上述光纤再次盘绕在热沉的环形槽上，光纤刻蚀段需悬空在热沉凹槽处，环形水冷通道盘绕在热沉的环形槽内与光纤的盘绕轨迹一致，属于随行水冷结构；

5)在热沉凹槽处填充导热介质，需将光纤刻蚀段全部包裹覆盖；

6)将壳体盖板与热沉进行装配，采用螺丝固定结合。